(57)【要約】【課題】  絶縁碍子の熱による変形を少なくすることにより、絶縁碍子の割れや、中心電極の折れを低減する点火プラグ装置を提供する。  【解決手段】  ハウジング（１１０）内に設けられた絶縁碍子（１２０）内に２つの中心電極（１３０）が配置されると共に、中心電極（１３０）に対応する数の接地電極（１１５）がハウジング（１１０）に設けられている。絶縁碍子（１２０）は、ハウジング（１１０）に気密に保持された断面略円形の胴部（１２１，１２２、１２３）と、該胴部から延出され中心電極（１３０）を囲繞する略円筒状の脚部（１２４）とを有する。  【選択図】  図１
2005135709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に設けられた絶縁碍子内に２つ以上の中心電極が配置されると共に、中心電極に対応する数の接地電極がハウジングに設けられた内燃機関の点火プラグ装置であって、
前記絶縁碍子は、前記ハウジングに気密に保持された断面略円形の胴部と、該胴部から延出され前記中心電極を囲繞する略円筒状の脚部とを有することを特徴とする内燃機関の点火プラグ装置。
【請求項２】
前記略円筒状の脚部の外周面は、前記断面略円形の胴部の外周面に幾何学的に内接する関係に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火プラグ装置。
【請求項３】
成層燃焼可能な筒内噴射式内燃機関に用いられ、前記中心電極と接地電極との間に形成される２つの点火ギャップが、燃料噴射の方向と直交する方向に並んで配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の点火プラグ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火プラグ装置に関し、より詳しくは、成層燃焼可能な筒内噴射式内燃機関に用いられて好適な内燃機関の点火プラグ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、かかる成層燃焼可能な筒内噴射式内燃機関（以下、筒内燃料噴射式火花点火内燃機関とも云う）に用いられている点火プラグ装置としては、例えば、特許文献１に開示のものが知られている。
【０００３】
この点火プラグは、図６に模式的に示すように、２つの接地電極（側方電極）Ｂと、２つの中心電極Ａとを有しており、夫々対を成す接地電極Ｂと中心電極Ａとが点火ギャップＧを形成している。ここで、接地電極Ｂはシリンダヘッドのプラグ孔に螺合されるハウジングＨの先端に直立して形成され、一方、中心電極Ａは、ハウジングＨ内に配置された截頭円錐状の絶縁碍子Ｃから突出されると共に、その先端側が接地電極Ｂへ向けて曲折され、それぞれの先端部と上述の接地電極Ｂの先端部との間に点火ギャップＧを形成するようにしている。
【０００４】
なお、主と補助との２つの中心電極を有する点火プラグとして、特許文献２に開示のものも知られている。これは、主中心電極と接地電極との対向面近傍に、さらに加えて、該共通の接地電極と相対向する補助中心電極を設けるようにしている。そして、主中心電極と共通の接地電極との点火ギャップに比べ補助中心電極と共通の接地電極との点火ギャップを小さく形成することにより、前放電と主放電とを生じさせて、確実な放電作動をなすようにしている。ここで、主中心電極と補助中心電極とは、明細書中に何等の説明はなされていないが、図面には、先細の絶縁碍子の脚部によって囲繞された形態が示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１６４９４０号公報
【特許文献２】特開昭６１−４２８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示の点火プラグにあっては、２つの中心電極Ａが截頭円錐状の絶縁碍子Ｃから突出された形態に構成されているので、絶縁碍子Ｃの先端部に生じる熱膨張の影響から、絶縁碍子Ｃの割れや中心電極Ａの折れが発生する可能性が高いという問題があった。すなわち、図６に示すように（なお、説明の便宜上、図には誇張して示されている）、絶縁碍子Ｃは燃焼室内の燃焼による熱負荷および新気導入や燃料噴射による冷却により、その截頭円錐状の先端部において延伸方向Ｘに膨張（破線で示す）および収縮（実線で示す）を繰り返すことになる。この結果として、絶縁碍子Ｃの割れや中心電極Ａの折れが発生する可能性が高くなるのである。
【０００７】
これへの対策として、特許文献２に示されるように、中心電極のそれぞれを先細の絶縁碍子の脚部によって囲繞することも考えられるが、このようにすると新たな問題が生ずる可能性がある。すなわち、点火プラグは規格化された寸法のプラグ孔に螺合されることから、ハウジングの径寸法は制限されており、絶縁碍子を先細の脚部とした場合には、その先端部は極端に薄くならざるを得ないことになる。このように先端部の厚みが薄くなると、脚部の熱伝導が悪化し、その先端部分の温度のみが極端に高くなってしまう。この結果、中心電極の熱の逃げが阻害され早期着火が生じたり、絶縁碍子の胴部と脚部先端との温度差が大きくなって熱歪により割れ易くなるのである。
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題を解消し、絶縁碍子の熱による変形を少なくすることにより、絶縁碍子の割れや、中心電極の折れを低減することのできる内燃機関の点火プラグ装置を提供することを目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の一形態による内燃機関の点火プラグ装置は、ハウジング内に設けられた絶縁碍子内に２つ以上の中心電極が配置されると共に、中心電極に対応する数の接地電極がハウジングに設けられた内燃機関の点火プラグ装置であって、
前記絶縁碍子は、前記ハウジングに気密に保持された断面略円形の胴部と、該胴部から延出され前記中心電極を囲繞する略円筒状の脚部とを有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記略円筒状の脚部の外周面は、前記断面略円形の胴部の外周面に幾何学的に内接する関係に形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の点火プラグ装置は、成層燃焼可能な筒内噴射式内燃機関に用いられ、前記中心電極と接地電極との間に形成される２つの点火ギャップが、燃料噴射の方向と直交する方向に並んで配置されることが好ましい。    
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一形態による内燃機関の点火プラグ装置によれば、絶縁碍子内に配置された２つ以上の中心電極は、ハウジングに気密に保持された断面略円形の胴部から延出された略円筒状の脚部によって略等しい厚さで囲繞されているので、先端部分のみの温度が極端に高くなることがなく、熱による変形を少なくすることができる。その結果、絶縁碍子の割れや、中心電極の折れを低減することができる。
【００１３】
なお、前記略円筒状の脚部の外周面が、前記断面略円形の胴部の外周面に幾何学的に内接する関係に形成されている形態によれば、径寸法が制限されているハウジングにおいて、中心電極間（点火ギャップ間）距離を長くとることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明による点火プラグ装置の好適な実施形態について、筒内燃料噴射式火花点火内燃機関に適用した例に基づいて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００１５】
ここでまず、本発明に係る点火プラグ１００の構造に付き説明する。点火プラグ１００は、図１に示されるように、金属製筒状のハウジング１１０とその内部に配置された絶縁碍子１２０とを備えている。ハウジング１１０は、シリンダヘッドのプラグ孔への螺合用のねじ部１１１と、ガスケット１１２が装着されるネック部１１３と、締付け用のナット部１１４とを備えている。そして、ハウジング１１０の先端部には径方向に対向して２つの接地電極１１５，１１５が設けられている。また、ハウジング１１０の内側は、後述するように、絶縁碍子との気密性確保のための環状リブ１１６が形成された小径孔部１１７と、絶縁碍子の大径部を収容する大径孔部１１８とに形成されると共に、後端部には、肉薄とされたカシメ部１１９が形成されている。
【００１６】
一方、絶縁碍子１２０は、上述の小径孔部１１７とほぼ同径で円形の中径胴部１２１および大径孔部１１８とほぼ同径で円形の大径胴部１２２と、中径胴部１２１に湾曲面を介して連続し上述の環状リブ１１６の内径よりやや小さい外径の小径胴部１２３と、該小径胴部１２３から延出する平行な２つの略円筒状脚部１２４，１２４とを備えている。円筒状脚部１２４，１２４の間には股部１２５が形成されている。また、大径胴部１２２は、上述のカシメ部１１９が係合するネック部１２６を介して頭部１２７に連なっている。
【００１７】
さらに、絶縁碍子１２０には、上述の平行な円筒状脚部１２４，１２４の中心と小径胴部１２３とを通る２つの中心電極１３０，１３０が平行に配置されている。中心電極１３０，１３０は、中径胴部１２１および大径胴部１２２を通り、抵抗を含む中軸１３１、１３１を介して、ターミナル１３２，１３２に連結されている。
【００１８】
中心電極１３０，１３０はほぼ均一な肉厚の円筒状脚部１２４，１２４に囲繞され、その先端部は、円筒状脚部１２４，１２４の先端から突出し、上述の接地電極１１５，１１５の曲折された先端部との間に点火ギャップ部１３５，１３５を形成している。
【００１９】
そして、中心電極１３０，１３０、中軸１３１、１３１、およびターミナル１３２，１３２が配置された絶縁碍子１２０が、ハウジング１１０内に挿入されて点火プラグ１００が組立てられるが、このとき、中径胴部１２１および小径胴部１２３の境の湾曲面と環状リブ１１６との間には気密性確保（ガスシール）用のパッキン１３６が必要に応じて介設され、その後、ハウジング１１０の後端部の肉薄のカシメ部１１９が絶縁碍子１２０のネック部１２６にカシメられ、組立てが完了する。この結果、カシメ部１１９により軸線方向の軸力が与えられてパッキン１３６が圧縮され、絶縁碍子１２０がハウジング１１０に気密に保持されることになる。
【００２０】
ここで、中心電極１３０，１３０を囲繞している略円筒状脚部１２４，１２４は、図２に示すように、点火プラグ１００をその先端側から見たとき、該脚部の外周円と小径胴部１２３の外周円とが幾何学的に内接するような関係で、小径胴部１２３から延出されて形成されている。このようにすると、平行な２つの略円筒状脚部１２４，１２４により定まる点火ギャップ部１３５，１３５の間の距離、換言すると、中心電極１３０，１３０の間の距離Ｌを、寸法的に制限されるハウジング１１０延いては小径胴部１２３の中で長くとることができる。
【００２１】
なお、本発明における略円筒状脚部とは、内周面と外周面とが幾何学的に平行であるものに限られず、磁器等から形成される絶縁碍子の型からの抜き勾配を考慮した、ややテーパーが付けられた形態をも含む意味で用いられている。
【００２２】
次に、上記構成になる点火プラグ１００が装着される筒内燃料噴射式火花点火内燃機関２００に付き図３を参照しつつ説明する。筒内燃料噴射式火花点火内燃機関２００は、吸気ポート２０２および吸気弁２０３と排気ポート２０４および排気弁２０５と点火プラグ１００とを備えたシリンダヘッド２０７、シリンダ２０８が形成されたシリンダブロック２０９、およびシリンダ２０８（シリンダブロック２０９）に対して往復動可能に内装されたピストン２１０を主に備えて構成されている。燃焼室２１１は、シリンダヘッド２０７の下面と、ピストン２１０の頂面２１０ａと、キャビティ２１５の周壁面２１５ａ及び底壁面２１５ｂとで画成される空間にて構成されている。ピストン２１０には、その側面にピストンリング２１２が複数設けられ、燃焼室２１１からのガスの吹き抜けを防止している。
【００２３】
燃料噴射弁２１３は、シリンダヘッド２０７の吸気弁２０３側に、ノズル先端２１３ａが略シリンダ２０８の中心軸に向かうと共にやや下向きに傾斜して取り付けられている。本実施の形態においては、図４（Ａ）に示すように、２つの吸気弁２０３を有しており、燃料噴射弁２１３は吸気弁２０３の間に位置されている。そして、燃料噴射弁２１３は、燃料の噴霧流の中心が直接点火プラグ１００に当たらず、キャビティ２１５に向けて燃料を噴射するように配置されている。
【００２４】
キャビティ２１５は、ピストン２１０の頂部で、燃料噴射弁２１３のノズル先端２１３ａと点火プラグ１００とをほぼ両端としてピストン頂面２１０ａに開口した状態に形成されている。そして、キャビティ２１５は略筒状の周壁面２１５ａと周壁面２１５ａに滑らかに接続された底壁面２１５ｂとを有しており、圧縮上死点で、点火プラグ１００の点火ギャップ部１３５，１３５がシリンダヘッド２０７の下面とキャビティ２１５の底壁面２１５ｂの略中央あるいは中央からややシリンダヘッド２０７側に寄った位置となるようにされている。ここで、燃料噴射弁２１３は、ノズル先端２１３ａが略シリンダ中心軸に向かうと共にやや下向きに傾斜して取り付けられているので、キャビティ２１５の底壁面２１５ｂに向けて燃料が噴射されることになる。
【００２５】
また、燃料噴射弁２１３からの噴射方向に直角な方向におけるキャビティ２１５の全幅をＷとすると、キャビティ２１５の平面視形状は、図４（Ａ）に示すように、全幅Ｗを長軸とするほぼ楕円形状であり、さらに、周壁面２１５ａでの幅は、噴霧先端がシリンダ２０８の中心に達したときの噴霧の幅よりも大きくなるようにされている。すなわち、燃焼室２１１内にある噴霧は、ピストン２１０の上昇によってもキャビティ２１５内に収まるようにされている。また、キャビティ２１５の周壁面２１５ａは、少なくとも点火プラグ１００側が凹曲面とされている。
【００２６】
ピストン２１０が下死点から上死点に向かう圧縮行程で、燃焼室２１１内の空気が圧縮され、この圧縮の過程において燃料噴射弁２１３から燃料が噴射される。噴射された燃料の噴霧は、シリンダ２０８の中心軸に直交する平面内においてほぼ扇状に、点火プラグ１００に対して略対称に広がる。噴霧は、キャビティ２１５の底壁面２１５ｂからこの底壁面２１５ｂと周壁面２１５ａとの接続部分に沿い、更に、その接続部分から周壁面２１５ａに沿ってキャビティ２１５の上方に向かって空気と共に流れる。この結果、点火プラグ１００に向かって上昇する層状混合気の流れが形成され、これとピストン２１０の上昇が相まって、圧縮上死点前には着火に適した濃度の混合気が点火プラグ１００の点火ギャップ部１３５，１３５の周辺に分布することになる。
【００２７】
なお、点火プラグ１００は、前述のように、それぞれ対を成す接地電極１１５と中心電極１３０とが点火ギャップ部１３５を構成し、それぞれ別の点火コイル（図示せず）に接続されている。点火プラグ１００は、図４（Ａ）に示されるように、燃料噴射弁２１３の噴射方向に直角な方向に２つの点火ギャップ部１３５，１３５が並んで配設されるように、位置決めされてシリンダヘッド２０７に取付けられる。
【００２８】
筒内燃料噴射式火花点火内燃機関２００において、混合気の粗密に対応して確実に着火させ、火炎伝播距離を短縮して燃焼時間を短くするには、図４（Ｂ）に示すように、点火ギャップ間の距離Ｄがキャビティ２１５の全幅Ｗのほぼ半分に設定することが好ましいと云える。しかし、点火プラグ１００は上述のように、そのプラグ孔径との関係でハウジング１１０のねじ部１１１の外径が制限されており、２つの点火ギャップ部１３５，１３５の間の距離Ｌは、この外径を越えることはできない。そこで、本実施の形態においては、上述のように、円筒状脚部１２４，１２４が、図２に示すように、その外周円と小径胴部１２３の外周円とが幾何学的に内接するような関係で、小径胴部１２３から延出されて形成され、点火ギャップ部１３５，１３５の間（中心電極１３０、１３０間）の距離Ｌを極力長くとるようにしているが、これは少なくとも３ｍｍ以上あれば、筒内燃料噴射式火花点火内燃機関２００は安定して運転することが可能である。
【００２９】
本実施の形態にあっては、燃料噴射弁２１３からキャビティ２１５の底壁面２１５ｂに向けて噴射された燃料により、キャビティ２１５の底壁面２１５ｂから周壁面２１５ａに沿って点火プラグ１００に向けて上昇する混合気が形成される。このとき、キャビティ２１５とピストン２１０の頂面２１０ａによるスキッシュ流により、混合気はキャビティ２１５内に収まる。そして、点火プラグ１００により着火されて形成された火炎は火炎伝播によりキャビティ２１５内に発達する。点火プラグ１００は、点火プラグ１００に向けて上昇する混合気のうちの着火可能な混合気に着火し得るように、所定距離Ｌ隔てて設けられた２つの点火ギャップ部１３５，１３５を有しているので、２つの点火ギャップ部１３５，１３５の両者に対して、周辺に存在する混合気の濃度が同時に適正な着火可能な混合気濃度の範囲を超える確率は極めて小さい。従って、いずれかの点火ギャップ部１３５で失火が発生したとしても、他の点火ギャップ部１３５では正常に着火され得るので、その気筒としては正常な燃焼が行われる。この結果、失火の発生が大幅に抑制されることになる。
【００３０】
また、空間的に離れた２つの点火ギャップ部１３５，１３５にて着火すれば、夫々の点火ギャップ部１３５，１３５での燃焼速度は同じであるが、その気筒全体で見れば燃焼が加速された状態となる。従って、噴射された燃料が周辺に過拡散する前に燃焼させることができ、トルク変動の発生を大幅に抑制することができる。また、燃焼効率が高まることと、サイクルの等容度が高まることとの相乗効果により、燃費を向上することもできる。
【００３１】
なお、本発明の実施の形態における点火プラグ１００においても、着火によるキャビティ２１５ないしは燃焼室内の燃焼による熱負荷および吸気ポート２０２からの新気導入や燃料噴射弁２１３からの燃料噴射による冷却により、膨張および収縮を繰り返す。この様子を図５に示す（なお、説明の便宜上、図には誇張して示されている）。ところで、本発明の実施の形態における点火プラグ１００にあっては、燃焼室内に露出される絶縁碍子の脚部１２４，１２４が中心電極１３０，１３０を略均一な肉厚で囲繞する略円筒状に形成されているので、上述の熱サイクルの影響を受けた場合でも、その膨張（破線で示す）および収縮（実線で示す）が略均等に生じ、延伸方向Ｘに無理な力が発生しない。この結果として、絶縁碍子の割れや中心電極１３０，１３０の折れが発生する可能性が低くなるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】(Ａ)は本発明による点火プラグ装置の好適な実施形態を示す縦断面図、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、それぞれ、絶縁碍子のネック部、中径部および脚部における横断面図である。
【図２】本発明による点火プラグ装置の絶縁碍子の下面図である。
【図３】本発明による点火プラグ装置が適用される筒内燃料噴射式火花点火内燃機関を示す縦断面図である。
【図４】（Ａ）はピストンキャビティとシリンダヘッド下面とを透視的に示す下面図、（Ｂ）はピストンの上面図である。
【図５】本発明による点火プラグ装置の熱変形の様子を説明するための断面図である。
【図６】従来の点火プラグ装置の熱変形の様子を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００    点火プラグ
１１０    ハウジング
１１５    接地電極
１２０    絶縁碍子
１２１    中径胴部
１２２    大径胴部
１２３    小径胴部
１２４    円筒状脚部
１３０    中心電極
１３５    点火ギャップ部
【図１】
2005135709.tif 000003
【図２】
2005135709.tif 000004
【図３】
2005135709.tif 000005
【図４】
2005135709.tif 000006
【図５】
2005135709.tif 000007
【図６】
2005135709.tif 000008